jit.gl.shader 向けのGLSLシェーダー(JXS)サンプル #jitter #glsl #maxmsp

jit.gl.shaderのデフォルトサンプルを開くと、なぜかテクスチャマッピングのコードが1mmも書いてなくて、ジオメトリーシェーダーが書いてあるだけで非常に参考にしにくかったので調べてみました。

  • テクスチャマッピング
  • ジオメトリシェーダーによるモデルの複製
  • 英語コメントいっぱい書いた(日本語は書いた瞬間にMaxが落ちる・・・)

JXSの書き方はMax特有のものですが、GLSL(vertex / geometory / fragment)のシェーダー自体は他の環境でも参考になると思うのでどうぞ。

サンプル

<jittershader name="fill-flat-quads">
	<description>Default Shader </description>
    <!-- JXS Document https://docs.cycling74.com/max8/tutorials/jitterchapter99_appendixc -->
    <!-- Vertex -->
	<param name="position" type="vec3" state="POSITION" />
	<param name="modelViewProjectionMatrix" type="mat4" state="MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX" />
	<param name="color" type="vec4" state="COLOR" />
    <!-- Texture -->
	<param name="tex0" type="int" default="0" state="TEXTURE0" />
    <param name="textureMatrix0" type="mat4" state="TEXTURE0_MATRIX" />
    <param name="texcoord" type="vec2" state="TEXCOORD" />
    <param name="texdim" type="vec2" state="TEXDIM0" />
	<language name="glsl" version="4.1">
		<bind param="position" program="vp" />
		<bind param="modelViewProjectionMatrix" program="vp" />
		<bind param="textureMatrix0" program="vp" />
		<bind param="color" program="vp" />
		<bind param="texcoord" program="vp" />
        <bind param="tex0" program="fp" />
        <bind param="texdim" program="fp" />
		<program name="vp" type="vertex">
<![CDATA[
#version 410

//in : Each instance can have different values
in vec2 texcoord;
in vec3 position;
in vec4 color;

//uniform : Keeps the same value for all instances
uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;
uniform mat4 textureMatrix0;

//out : Structural input to next shader stage
out jit_PerVertex {
	vec4 color;
    vec2 texcoord;	
} jit_out;

void main() {	
    //Convert vertex vectors to view positions
	gl_Position = modelViewProjectionMatrix * vec4(position, 1.);
	jit_out.color = color;

    //Determine the reference coordinates of the texture for each vertex (by creating them in the vertex shader, linear completion can be applied).
    jit_out.texcoord = vec2(textureMatrix0*vec4(texcoord, 0, 1.));
}
]]>
		</program>
		<program name="gp" type="geometry">
<![CDATA[
#version 410

layout (triangles) in;

layout (triangle_strip, max_vertices=15) out;

in jit_PerVertex {
	vec4 color;	
    vec2 texcoord;	
} jit_in[];

out jit_PerVertex {
	vec4 color;	
    vec2 texcoord;	
} jit_out;

float offset = 8.0;
vec4 offsets[4] = vec4[](vec4(-offset, offset, 0, 0), vec4(offset, offset, 0, 0), vec4(-offset, -offset, 0, 0), vec4(offset, -offset, 0, 0));

void main() {

    // Drawing of original primitives
	for(int i = 0; i < 3; i++) {
		jit_out.color = jit_in[i].color;
		jit_out.texcoord = jit_in[i].texcoord;
		gl_Position = gl_in[i].gl_Position;
		EmitVertex();
	}
	EndPrimitive();

    // Drawing of primitives to be replicated
	for(int j = 0; j < 4; j++) {
		for(int i = 0; i < 3; i++) {
			jit_out.color = jit_in[i].color;
			jit_out.texcoord = jit_in[i].texcoord;
			gl_Position = gl_in[i].gl_Position + offsets[j];
			EmitVertex();
		}
		EndPrimitive();
	}
}


]]>
		</program>
		<program name="fp" type="fragment">
<![CDATA[
#version 410

//Textures are placed in GPU memory.
uniform sampler2DRect tex0;

//in : Receiving structure from previous stage.
in jit_PerVertex {
	vec4 color;
    vec2 texcoord;	
} jit_in;

//Color output of this pixel for video output
out vec4 fragColor;

void main() {

    //Refer to the appropriate texture position for each pixel
	fragColor = texture(tex0,jit_in.texcoord.xy);
}	
]]>
		</program>
	</language>
</jittershader>

参考

Appendix C: The JXS File Format

JXSから外部.vert / .frag などのシェーダーを読み込む #jitter #n4m #maxmsp

Jitter & GLSLで遊ぶのを効率化したい

昨日に引き続きMax8のシェーダーで遊んでいるんですが、JXSはXMLの中にGLSLを書くような形でVisual Studio Code のコード補完やらフォーマッターなどで扱いにくかったので、JXSと.vert / .fragを分離して扱う方法を模索しました。

※この記事はMax中級者以上向きにざっくり書いてるので分かりやすくはないです。

JXSから外部シェーダー(.vert / .frag)は読める

Cycling74のforumなどを探してみるとJXSから外部シェーダー読めるよと書いてあります。具体的な書き方は見つけられなかったんですが多分こんな感じという書き方をしたらいけました。
  <program name="vp" type="vertex" source="default.vert" />
  <program name="fp" type="fragment" source="default.frag" />

これで.vert / .frag をMax Projectのotherフォルダなどパスが通ってる所に置いておけば読めます。

シェーダーを切り替えたい ⇨ JXSの動的生成(ご参考)

ではシェーダーを色々書いて遊ぼうとして .frag を量産したとしても、上記のJXS上のファイル名をいちいち変更するのはめんどくさいです。XMLに詳しくないのですが動的に変数を与えて書き換えるという事は出来なさそうな・・・?

という訳でJXS自体を動的に生成すれば良いと思いつき、こういう時に役立つ node.scriptオブジェクトことNode.js先生にお願いしました。MaxにNode.jsくっついて本当に良かった・・・

node.js / node for max のJXS生成サンプルコード

const fs = require('fs');
const MaxAPI = require('max-api');

const generateJXS = (vertexShaderFilename, fragmentShaderFilename, outputJxsFilename) => {
  const jxsTemplate = `
  <jittershader name="default">
    <description>Default Slab </description>
    <param name="scale" type="float" default="1.0" />
    <param name="tex0" type="int" default="0" />
    <param name="modelViewProjectionMatrix" type="mat4" state="MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX" />
    <param name="textureMatrix0" type="mat4" state="TEXTURE0_MATRIX" />
    <param name="position" type="vec3" state="POSITION" />
    <param name="texcoord" type="vec2" state="TEXCOORD" />
    <param name="u_resolution" type="vec2" state="TEXDIM0"/>
    <param name="color" type="vec4" state="COLOR" />
    <param name="u_time" type="float"/>
    <language name="glsl" version="1.5">
      <bind param="scale" program="fp" />
      <bind param="tex0" program="fp" />
      <bind param="modelViewProjectionMatrix" program="vp" />
      <bind param="textureMatrix0" program="vp" />
      <bind param="position" program="vp" />
      <bind param="texcoord" program="vp" />
      <bind param="color" program="vp" />
      <bind param="u_resolution" program="fp"/>
      <bind param="u_time" program="fp"/>
      <program name="vp" type="vertex" source="${vertexShaderFilename}" />
      <program name="fp" type="fragment" source="${fragmentShaderFilename}" />
    </language>
  </jittershader>
  `;

  fs.writeFileSync(outputJxsFilename, jxsTemplate.trim());
  MaxAPI.post(`JXS file '${outputJxsFilename}' generated with '${vertexShaderFilename}' and '${fragmentShaderFilename}'.`);
  MaxAPI.outlet('read',outputJxsFilename);
};

MaxAPI.addHandler("generate_jxs", (vertexShaderFilename, fragmentShaderFilename, outputJxsFilename) => {
  generateJXS(vertexShaderFilename, fragmentShaderFilename, outputJxsFilename);
});

.vert / .frag などを引数で渡して generate_jxs 関数をMaxからコールすれば、アウトレットから今つくった.jxsファイルを出力します。後段に jit.gl.slab を接続しておけば自動的にシェーダーが切り替わるという訳です。

folderオブジェクトでVSCodeで書いた.frag名を取得し umenuにセット、umenuからの出力を利用したりすればシェーダー切り替えを簡略化する事は難しくないでしょう。ただしparam など独自変数をjit.gl.slabへ伝えたい場合はparam / bind / uniform などの書き換えが必要ですので、こんな方法もあるんかなという程度あくまで JXS / node.scriptのサンプルとしてご利用ください。上手くつくればShaderToyのコードなんかも動くと思います。

default.vert(ご参考)

#version 410

in vec3 position;
in vec2 texcoord;
in vec4 color;

out jit_PerVertex {
    vec2 texcoord;
    vec4 color;
} jit_out;
uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;
uniform mat4 textureMatrix0;


void main(void) {
    gl_Position = modelViewProjectionMatrix*vec4(position, 1);
    jit_out.texcoord = vec2(textureMatrix0*vec4(texcoord, 0., 1.));
    jit_out.color = color;
}

リアルタイムグラフィックスの数学 ― GLSLではじめるシェーダプログラミング のサンプルコードで試してみた

ちょいちょい勉強しているこちらの書籍 ⇨ リアルタイムグラフィックスの数学 ― GLSLではじめるシェーダプログラミング の.frag のサンプルコードを利用して切り替えテストしてみました。

無事に.fragをさくさく切り替えるという事ができました。

(余談ですが)#version 330 core のサンプルを #version 410に置換して利用したのですが、他は何も変更しないで動きました。GLSL3以上は後方互換性が担保されているのでしょうか?

Happy Patching!

M2 MacのJXS(GLSL4.1) 覚書 #maxmsp #jitter #glsl

はじめに

相変わらず趣味的にMax8を触っているのですが、ChatGPTが出てからプログラミングのラストワンマイルが近くなったような感じ(いやMaxはビジュアル言語なので全然恩恵を受けてないんですが・・・)で周辺環境のNode.jsとglslをもうちょい深掘りしてみようかなと。今回はMax8のシェーダーJXSについてです。

M2 Mac & Max8で使えるOpenGL4.1?

最近のGL3化されたMaxを起動して、jit.worldなんかを起動した時にOpenGLの対応バージョンがMax Console(Cmd + m)で表示されるんですが、なんかGLSL4.1って書いてあるんですね。GL3化の名の通りGLSL3.3あたりだと思っていたんですが、比較的新しいバージョンが使えるなら嬉しいが本当か?

JXS(GLSL)で確かめてみる → GLSL4.1のコンパイル通る

適当なサンプルファイルのバージョン指定に410と書いてコンパイルが通りました。実際にChatGPT先生に410から使える文法を聞いたところdouble型が追加されていたのでやってみたら使えました。GLSL自体の知見はほとんどないので330との違いはどれくらいあるのかはよく分からないです。

(余談)jit.gl.pixのexportcodeで生成されるglslは100系列の古いコードでした。

JXSのサンプルコード(トップの画像)

<jittershader name="simpleShader">
    <description>Default Shader </description>
    <param name="position" type="vec3" state="POSITION" />
    <param name="modelViewProjectionMatrix" type="mat4" state="MODELVIEW_PROJECTION_MATRIX" />
    <param name="color" type="vec4" state="COLOR" /> 
    <param name="dim" type="vec2" state="TEXDIM0"/>
    <param name="testvalue" type="float" default="0.5" max="1" min="0"/>
    <param name="scale" type="float" default="1" max="10" min="-10"/>
	<param name="mycolor" type="vec4" default="1 0.2 0.5 1" />
    <language name="glsl" version="4.1">
        <bind param="position" program="vp" />
        <bind param="modelViewProjectionMatrix" program="vp" />
        <bind param="color" program="vp" />
        <bind param="testvalue" program="fp" />
        <bind param="scale" program="fp" />
        <bind param="dim" program="fp"/>
        <bind param="mycolor" program="fp"/>
        <program name="vp" type="vertex">
<![CDATA[
#version 410
uniform mat4 modelViewProjectionMatrix;
in vec3 position;
in vec4 color;
out jit_PerVertex {
	vec2 texcoord;
	vec4 color;
} jit_out;
void main() {   
    gl_Position = modelViewProjectionMatrix * vec4(position, 1.);   
    jit_out.texcoord = position.xy;
    jit_out.color = color;
}
]]>
        </program>
        <program name="fp" type="fragment">
<![CDATA[
#version 410
const float PI = 3.14159265358979323846;
uniform float  testvalue;
uniform vec2 dim;
uniform float scale;
uniform vec4 mycolor;
in jit_PerVertex {
	vec2 texcoord;
	vec4 color;
} jit_in;
layout (location = 0) out vec4 outColor;
void main() {

    vec2 pos = gl_FragCoord.xy / dim;
	pos = (pos*2-vec2(1,1))*scale;
	pos = (pos + vec2(1,1))/2;
    outColor = mycolor*vec4(pos.xy,testvalue,1);
}   
]]>
        </program>
    </language>
</jittershader>

解説

  • vertex shader と fragment shaderがwrapされたようなXMLです。
  • 上記をテキストファイルにsampleShader.jxsなど保存しjit.gl.slab にread(読み込ませ)で使います。
  • state = “TEXDIM0” のお陰で自動的に dim(変数名は自分で設定できる)に解像度が入ります。
  • testvalue / mycolorなどの変数のつくり方を参考にしたら、jit.gl.pixでいうparamと同じように外部設定できるパラメーターをつくれます。
  • colorはgl_colorから設定する色が入力されるようですが使えたり使えなかったりで挙動がかなり怪しいので、mycolorなど別の変数を定義して色入力したほうが良さそうです。
  • それ以外はGLSL4.1の文法を参考にできそうです。
  • (感想)jit.gl.pixは便利関数などを用意して使いやすくしてくれたんだな〜と思った

Max Code

JXSファイルはCopy Compressedに含められなかったので上記を別途保存~読み込みしてください

----------begin_max5_patcher----------
1013.3ocwX00iahCE84jeEV7b1HLXHPepakVspRSkVo4wUqFQ.mTOErQFmNY
1p9eesuFxjYBCwMgvpHAxla7ky8b+jeLel2ZwdZiG5Cn+FMa1OlOaFrkYiYs
qm4UksOuLqADyqh1zjsk5sv9LEcuB1WRyJ51juqRrSURUveA2tKq.DTr9weK
rSRqXpmqo12AOOz+z9n5LU9WY7sOHo4J6SCIKiVfH9oK8WfBCMWCBV5e3un0
Ki2o1.yd+b9bykENBt06TJA2YXDG4c3kUlUQUT4CTd15R.M9uGFWmw2NHNIo
q.rkPfaGt1OPwW.P4zmz.3DRLWTJj0r7uQknOlKpzuar0rRl5Yje+VkfdrJ3
2kcKYMJuEtaABwIla3njg45QzDTKo0TdABXTT0yfIwcOB+KyyljF.3k.t13v
zwGuaJE5yvYVLJ8h7sOkc2HjUY.LiGHxNJ1x2fudj++SzcSdVI0YxNJ4BSi0
B1VxN.O9n8QlZY8SLdg3ImY7vf2EN5i6AMIJY6M76ffKA.EIBtk.DYr+QPq4
Yd9w1yaGwx3p9wt+oXO3nL4m.o.axHRD3bFFbanqM0Ma2w7ND0vUaxxeUvV+
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DtTjU.obbMtE+9wsmsvDNH5nBS2h5RWiuvwfLdJ49TaNr3nIl6Un0le8S88D
Qf8Gl5W7l6C5JDaYeaBARvjUyx3grsboY8NIEc+m+xec2ef9XAqBg8CHvEmy
5uZvj9aKenUMmMweWjgspV.dxsGMkYqOXL1vJonFVUcI89ulUPkKebei6svN
VFk1pg9s8ysZ7GYYfjhlQ0PX2am4x5lw1LSJfvU2fF2Thsa+EZJibQssZ5U3
7fDShm3AxLt1OIjkE+JQ480Ifis10k7yEiQJwd6Fz9pdzyJ5Ksucvb7m2c+c
HxRL59LSjsys2gI8ULLL9PwvWWsS6snDbsR3MnOIJKFp2P6Wg.rAQXb2zKm2
T.RnGHl+1O+BnDy9u19zH1Iy6HstRYnWTTAsQw3540E7iDJ1JSuTfqJJbhzi
YbpIQQly.eF8XFHXTTz4.jYpqiDRH00p.u3qSy9Sns7b540HrhUTKz4aac6S
SfoFH31dFe6BbBDgE+xhSsU3qBBqb2TM8JNv+V3dfcITa0H3dPb283pzSfCg
zcILuNKm4PBNmlFkzgNX5HigdRcPQc4lutbEXWhzFCVJ1EiW2qyIEkypq+NU
1zJMnDc6IOJf.ujEvRF2tLBVJoem0IOA1ISp6TPoaSvLkfooh8w1dPfuWijq
mt2l+PCOsJgVeLMfzT2NnOzgz7eN++Pgxt6I
-----------end_max5_patcher-----------

外部リンク

jit.gl.pix における2次元平面のアンチエイリアス処理 #maxmsp #jitter

jit.gl.pixでトランジションエフェクト

あのタグの次期バージョンに入れるトランジションエフェクトを開発しています。例えば、中央から丸が出てきて画面全体に広がるようなエフェクトをつくろうとすると、丸を書いて2つのテクスチャを割当るだけで簡単そうです。しかし、単純につくるとエッジがギザギザしてしまいます。そこでjit.gl.pix(フラグメントシェーダ)におけるアンチエイリアスを実装してみます。

アンチエイリアス処理有り

スクリーンショット 2014-08-10 03.08.23

アンチエイリアス処理無し

スクリーンショット 2014-08-10 03.13.37中央の円のエッジがギザギザしており、VJなどで大画面に表示するともっと気になるかなと思います。

円トランジションjit.gl.pix

スクリーンショット 2014-08-10 03.25.40現在のピクセルの半径rと、トランジションする円の半径rとの距離をとって、その距離が短い場合に(0~0.005の距離)smoothstepで補間をしています。補完した値でmixする事でエッジをなだらかに繋ぐ事が可能です。ここを単純に書くと大なり小なりで比較して、0 or 1ピクセルの色を指定して、switchやif文でピクセル値を切り替えて出力したくなりますが、それではエッジがギザギザになってしまいます。

jit.gl.shader / GLSL アルファテスト&デプステストを使った透過テクスチャの描画 #maxmsp #jitter #glsl

OpenGLの透過&深度

スクリーンショット 2014-08-06 22.15.08
JitterのOpenGLにおいて、透過テクスチャを使う場合は、@blendenable 1 @depthenable 0 と設定します。ただし、その方法では奥行き(Z軸)も使ったポイントスプライト等の描画(@depathenable 1)をしたい場合に、上記画像のようにテクスチャの枠が出てしまう問題があります。描画するメッシュのZ座標が「画家のアルゴリズム」で想定される順番と逆方向に並んでいるために、手前の画像を描く方が先だと、後ろの画像がdepth testで描画されなくなっちゃうんですね。Zソートが出来れば良いですが、Jitterには実装されていないようです。

GLSLを使ったAlpha Test(アルファテスト)

スクリーンショット 2014-08-06 22.14.55
上記問題を解決するために、Alpha Testという方法があります。OpenGLのWikiに載っていたのですが、フラグメントシェーダで透過値が0なら描画をキャンセルすればOKという簡単な手法です。ただし、この方法は透過がbinaryつまり0か1のどちらかしか無い場合にしか使えないようです。

上記画像はポイントスプライトのGLSLに追加で実装してみた結果です。綺麗に描画されましたね。

GLSL / Fragment Shader

[c]
#version 120
uniform sampler2DRect tex0;

void main (void)
{
vec4 texel = texture2DRect(tex0, gl_TexCoord[0].st);

//Alpha Test
if(texel.a < 1.0)
discard;

gl_FragColor = texel;
}
[/c]

半透明ポリゴンは・・・?

Wikiに書いてあるように、Depth Sort(Z軸でメッシュの並べ替え)が必要です。Sortの方法にはBSP Tree Sorting(バイナリ空間分割)やDepth peelingという手法があるそうです。そのうち必要になったら実装してみたいと思います。

おぱんちゅ

スクリーンショット 2014-08-06 22.36.30
ぱんつつくった by 貞子♂様 ありがとうございます!